2.中国核电工程有限公司华东分公司 浙江嘉兴 314300
摘要：在核电站运行期间，利用涡流检测技术，可以有效检测传热管外壁泥渣沉积与结垢的分布，压水堆核电站二回路系统水介质中存在固态的腐蚀产物杂质，当这些杂质随水介质进入蒸汽发生器二次侧后，经过蒸发、浓缩、汇聚并沉积在蒸汽发生器管板、支撑板、传热管表面以及支撑板与传热管的缝隙之间。严重的传热管表面结垢将影响蒸汽发生器的换热效率，并危及传热管寿命。基于此，本文对蒸汽发生器传热管二次侧结垢分布及检测方法进行了分析，仅供参考。
关键词：蒸汽发生器；传热管；二次侧结垢分布；检测
引言
核电站停堆期间通常会对二次侧管板等区域进行视频检查，但视频检查范围有限，无法对全部管束及支撑结构进行检查。鉴于涡流低频检测技术对定位传热管外壁的支撑结构及泥渣结垢等附着物有较好的检测能力，在役检查期间可使用该方法对传热管二次侧表面结垢进行测量及定位。
1核电厂蒸汽发生器传热管以及涡流检测概述
1.1传热管介绍
核电厂蒸汽发生器是核电厂一、二回路的枢纽，主要用来将一回路冷却剂中的热量传递给二回路给水，使之产生蒸汽驱动汽轮机发电，蒸汽发生器的传热管是一、二回路介质的交界面，交界面的破损将会造成放射性物质泄漏，对核电厂的安全构成威胁。最初大多数压水堆中使用的传热管采用镍基合金Inconel600；德国西门子公司设计的蒸汽发生器传热管采用的是Inconel800M合金；西屋、法马通、西门子、巴威以及三菱重工等公司，采用耐高温性能较好的合金制造、可更换的蒸汽发生器传热管，这类材料在后来的压水堆蒸汽发生器传热管使用较为普遍。
1.2涡流检测概述
蒸汽发生器运行期间可能由于化学、机械等机理而导致传热管的降质，包括壁厚减薄、点蚀、晶间腐蚀或应力腐蚀裂纹、一次侧应力腐蚀裂纹以及磨损、撞击、疲劳等。核电站在役检查通常使用涡流检测技术对传热管降质现象进行跟踪检测，它采用内穿过式探头及计算机远控多频涡流系统进行数据采集和分析。在进行传热管涡流检测前，首先利用标定管（亦称校准样管）作涡流检测系统的标定工作，以得到一个初始的参考相位及参考幅值，然后制作标定曲线进行涡流信号分析，最后分析诊断各被检传热管的状态。
2结垢的检测
2.1检测时机
如果要得到完整的结垢分布结果，需要对全部传热管进行测量。并且传热管外壁结垢仅在核电站运行期间产生，因此适合在历次十年大修的蒸汽发生器传热管在役检查期间进行结垢分布的测量工作。在对正常缺陷进行分析后，对已进行结垢检测的传热管完成对比分析（传热管涡流检测数据需经过两次独立的缺陷分析，并对两次分析结果进行比对，确认最终的数据分析结果，比对过程被称为Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）。再对历次十年大修结垢程度及分布进行对比，可以了解蒸汽发生器二回路结垢状态的变化。
2.2测量方法
由于低频绝对通道对传热管附着物及材料变化有较好的检测能力，因此实际测量过程中，采用低频绝对通道对传热管外壁结垢进行测量。
2.3垢测量过程
以国内某核电站为例，十年大修期间对全部传热管的长度进行了涡流检验，并完成了缺陷分析及Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ结果比对。利用上述测量方法对全部已获得的传热管数据再进行结垢测量。
2.3.1参数设置
结垢检测过程使用６１０－ＵＬＣ型轴绕式涡流探头及ＯＭＮＩ－２００Ｒ型多频涡流仪，并对２０ｋＨｚ低频绝对通道的传热管涡流信号进行结垢测量。测量前根据２．２节测量方法设置测量通道及相位角，并对标定信号进行幅值设定。标定时选择ＲＳＥ－Ｍ标定管上的３０％壁厚环槽，将其低频绝对通道设为３０Ｖ，标定管示意见图1。标定管人工缺陷信息如表１所示。
2.3.2测量区域
根据传热管支撑结构设置Landmark（传热管支支撑结构的定位标识，用三字符表示具体支撑结构），并与之一一对应，Landmark见图2｡对每根传热管的直管段进行结垢自动测量，测量间隔为10mm｡由于弯管段存在信号漂移（低频绝对通道弯管段信号存在电压的垂直分量，测量过程会将其作为结垢信号记录），所以此次结垢自动测量区域中不包含弯管段｡其测量范围为热端TSH-09H及冷端TSC-09C，结垢测量区域示意见图2。
2.3.3测量结果
对每根传热管数据的直管段进行结垢信号测量，并记录电压不小于０．５Ｖ的结垢信号。测量结果以表格形式记录，见表2（08H是热端第8支撑板简写）｡表2 传热管（COL003ROW058）结垢测量结果
2.3.4测量数据有效性
为避免涡流信号影响检测结果，该测量及分析方法需在完成正常缺陷分析工作之后实施。对已执行完Resolution结果对比分析的数据进行结垢测量工作，以保证数据的完整性。
3方法应用与统计结果
国内某核电站十年大修期间使用上述方法对3台蒸汽发生器（每台4 474根）传热管的全长度进行了涡流检验，对Resolution结果比对后的数据进行了结垢测量。利用上述三维建模及平面显示方法，将全部传热管结垢数据导入模型数据库，并对蒸汽发生器传热管直管段进行了结垢分布的图形显示及数据统计工作。以其中一台蒸汽发生器为例，TSP1（第1支撑板）､FBP（流量分配板）及TSP2（第2支撑板）上表面结垢分布见图3。由图3可以清晰看到结垢分布的具体位置、分布范围及结垢程度。使用该方法同样可以得到蒸汽发生器传热管管束的垂直结垢分布，见图4。图4显示的为第55列传热管所在位置的直管段结垢分布，其主要为热端第5支撑板至第9支撑板（TSP5~TSP9）间，及流量分配板至第2支撑板（FBP~TSP2）间的结垢分布｡利用三维显示技术将全部结垢幅值大于0V，及结垢幅值在5~10V范围的结垢进行三维显示，见图5｡其中左图为整体分布效果图，右图为范围分布效果图。
对全部结垢测量结果进行统计，得到结垢分布统计表，见表3｡
从表2可以看出，蒸汽发生器传热管二次侧表面结垢分布范围及比例中，热端约占66.63%，冷端约占33.37%｡其中热端主要分布在TSP5~TSP9之间，约占49.86%；冷端主要分布在TSP1~TSP2之间，约占20.09%｡借助视频检查方法确认，从二次侧观察孔对第1支撑板下方的结垢情况进行了检查，与涡流结垢测量结果基本一致（因视频检验范围受限，仅能检查该区域的结垢情况）｡
结束语
结垢测量方法利用了低频涡流具有的较高渗透深度的技术特点，可获得传热管外壁结垢信息。结合数据库及图形处理技术，可对结垢位置及分布进行平面及三维显示，使结垢分布更清晰直观。经过实践证明，该技术可对运行中的蒸汽发生器传热管二次侧结垢情况进行有效测量。由于结垢变化是一个缓慢的过程，为了保证结果的完整性及准确性，该项检测工作适合全面在役检查期间执行，其通过对历次全面检查结果进行对比可掌握结垢变化及发展情况。该技术可为掌握蒸汽发生器二次侧的结垢状态及对二次侧冲洗等工作提供帮助。
参考文献：
[1]张加军，郑丽馨，刘英伟，杨森垓，吴彦农，胡江.压水堆核电厂蒸汽发生器传热管的降质问题[J].压力容器，2013，（12）：57-63.
[2]刘彤.核电蒸汽发生器健康监测关键技术研究[D].郑州大学，2007.
[3]姚彦贵.核电蒸汽发生器热工水力稳态特性计算分析研究[D].上海交通大学，2007.
论文作者:谢寒1,刘华平1,张 杨2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：发生器论文; 蒸汽论文; 涡流论文; 测量论文; 低频论文; 核电厂论文; 核电站论文; 《基层建设》2017年第16期论文;